Colin Adams, un premier cycle de physique UW-Madison, fait un ajustement à un nouveau prototype de caméra qui sera utilisé pour imager les signatures fugaces des rayons gamma s'écrasant sur les molécules d'air dans l'atmosphère terrestre, créant une pluie de particules secondaires diagnostiques. Crédit :Savannah Guthrie
Une caméra haute vitesse unique, conçu pour capturer les effets fugaces des rayons gamma s'écrasant dans l'atmosphère terrestre, sera bientôt en route de l'Université du Wisconsin-Madison à Mount Hopkins en Arizona.
Là, le prototype de caméra sera intégré dans un nouveau télescope qui fera la démonstration de nouvelles technologies pour le Cherenkov Telescope Array (CTA), un effort international de grande envergure pour construire le détecteur de rayons gamma au sol le plus avancé et le plus complet au monde.
"Ce télescope pousse la technologie à un régime très différent, " explique Vladimir Vassiliev, professeur de physique et d'astronomie à l'Université de Californie à Los Angeles et scientifique principal du télescope en construction sur le mont Hopkins dans le sud de l'Arizona. Le télescope, note-t-il, aura une optique miroir inégalée et la caméra est conçue pour capturer les impulsions fugaces de la lumière bleue Cherenkov créées lorsque les rayons gamma s'écrasent sur les molécules d'air dans l'atmosphère terrestre, créant une pluie de particules secondaires diagnostiques.
"Nous pourrons faire un film à un milliard d'images par seconde de la pluie de particules se développant dans l'atmosphère, " dit Justin Vandenbroucke, le professeur de physique UW-Madison co-dirige le développement du prototype de caméra sous les auspices du Wisconsin IceCube Particle Astrophysics Center (WIPAC) avec le soutien de la National Science Foundation (NSF).
Un nouveau télescope à rayons gamma en construction sur le mont Hopkins, Arizona. Le télescope fait partie d'un grand projet connu sous le nom de Cherenkov Telescope Array, qui sera composé de centaines de télescopes similaires qui seront situés aux îles Canaries et au Chili. Le télescope du mont Hopkins sera équipé d'un prototype de caméra ultra-rapide, réunis à l'Université du Wisconsin-Madison, et capable de prendre des photos à un milliard d'images par seconde. Crédit :Vladimir Vassiliev
La participation américaine au CTA est soutenue par la NSF, mais le projet global est une énorme entreprise internationale et, quand fini, sera composé de plus de 100 télescopes situés aux îles Canaries et au Chili. Il s'agira du plus grand observatoire terrestre de détection de rayons gamma au monde. Plus de 1, 400 scientifiques de 32 pays sont impliqués dans l'entreprise. La caméra et le télescope sont financés principalement par la NSF, avec les contributions des universités participantes.
Avec son optique et sa caméra innovantes, le nouveau télescope fonctionnera de concert avec un réseau existant de quatre télescopes à miroir unique qui comprend VERITAS (Very Energetic Radiation Imaging Telescope Array System), situé à l'observatoire Fred Lawrence Whipple sur le mont Hopkins.
La technologie des caméras est essentielle, dit Vandenbroucke, qui a travaillé sur la conception et la construction du 800 livres, instrument prototype de la taille d'une voiturette de golf depuis 2009, alors qu'il était boursier postdoctoral à l'Université de Stanford.
Des capteurs et des modules électroniques qui sont au cœur d'un prototype de caméra intégré par les physiciens de l'UW-Madison à l'appui du réseau de télescopes Cherenkov. Le projet est facilité par le Wisconsin IceCube Particle Astrophysics Center. Crédit :Savannah Guthrie
La caméra s'est finalement réunie dans un laboratoire au sous-sol du Chamberlin Hall de l'UW-Madison, où le groupe de Vandenbroucke s'est occupé de l'intégrer et de le tester. Les composants de la caméra seront expédiés le 7 mai en Arizona, où la caméra sera remonté, testé et intégré dans le nouveau télescope, qui est maintenant équipé de ses rétroviseurs.
Le défi pour la caméra, selon Vandenbroucke, est que les flashs de photons ou de particules de lumière qui nous intéressent sont incroyablement rapides. L'impulsion Cherenkov dans une douche d'air peut ne durer que six nanosecondes, pourtant, chaque impulsion permet de détecter un rayon gamma un billion de fois plus énergétique que ce que l'on peut voir avec l'œil humain. Les impulsions se produisent au hasard, rendre indispensables les télescopes et les caméras à large champ de vision, dit Vassiliev.
La combinaison de la technologie à double miroir et de la nouvelle caméra est destinée à capturer les averses d'air Cherenkov à une résolution sans précédent. "Ce sera la première démonstration de ce type d'optique pour ce type de télescope, " dit Vassiliev. " Le gain sera une excellente imagerie des averses d'air de Cherenkov. "
Les rayons gamma qui intéressent l'équipe du CTA couvrent une large gamme d'énergies. Le télescope construit par l'équipe de Vassiliev est conçu pour détecter les rayons gamma dans la gamme d'énergie centrale. Objets alimentés par des trous noirs, dit Vandenbroucke, sont parmi les sources les plus probables des rayons gamma qui seront analysés par le nouveau télescope CTA.
Ouvrir une nouvelle frontière dans la détection et la mesure des rayons gamma, dit Vandenbroucke, aidera à répondre à une série de questions parmi les plus fondamentales sur la nature de la matière et de l'énergie dans l'univers. "Les rayons gamma sont la cheville ouvrière de l'astronomie multi-messagers, ", explique le scientifique du Wisconsin. "Ils ont été essentiels pour identifier le premier signal d'onde gravitationnelle provenant de la fusion d'étoiles à neutrons et pourraient jouer un rôle similaire dans la recherche de sources de neutrinos de haute énergie."
